ICM_2009翻译.doc

2009 ? ICM：交叉学科建模竞赛 ? 创建食物系统：调整人类影响的生态系统平衡 ? ? 技术背景 ? 只有不到1％的海底被珊瑚覆盖。然而，25％的海洋生物多样性需要在这样的环境下生存。因此，自然资源保护论者担心一旦珊瑚消失，该地区的生物多样性也会随之消失。 ? 例如位于菲律宾的吕宋岛和圣地亚哥岛之间的一条狭长的海峡，过去那里充满了珊瑚礁，而且有大量不同品种的生物（图1）。随着20世纪90年代引入了商业化遮目鱼（Milkfish）养殖业以后，这个曾经拥有大量的物种的地区产生了戏剧性的物种下降的情况。 曾经生活活珊瑚的地方都变成了泥地，野生鱼都因为过度捕捞和丧失生存环境而濒临灭绝。虽然为该地区的提供足够的食物很重要，但找到一个可以使自然生态系统继续繁荣的创新的方法同样重要，也就是建立一个理想的混养系统，可以取代目前单一的遮目鱼养殖。最终的目标是发展一套水产养殖方法，不仅支持当地居民的经济需求和营养需求，同时也改善当地的水质，使得活珊瑚可以重新回到这个区域的海底并且与养殖厂和谐相处。 ? 一个理想的混养方案是多种经济作物一起养殖，并且一种物种产生的废物是另一种物种的食物。例如Finfish产生的废物可以被Filter Feeder（滤食动物）吃掉，并且他们（fishfilter feeders）产生的额外的废物也可以被海藻吸收，海藻也是可以被出售的。这不仅减少在鱼类养殖中对周围水域的营养物质输入，也可以通过利用鱼的排泄物产生更大数量的可利益化产品（贻贝，海带等）。 ? 为了建模的目的，在这个动物多样性的环境中，可以将这些生物有机体划分为掠食性鱼类（脊索动物门，脊椎动物亚门）;草食性鱼类（脊索动物门，脊椎动物亚门），软体动物（如贻贝，牡蛎，蛤蜊，蜗牛等甲壳类动物（如螃蟹，龙虾，藤壶，虾等，节肢动物门，甲壳动物亚门）;棘皮类动物（如星鱼，海参，海胆等;门棘皮动物门）;和藻类（软体动物门）。喂养结构：有初级生产者（光合作用，可以是单细胞浮游藻类，蓝藻，多细胞藻类）滤食性生物（应变浮游生物，有机颗粒，有时是水体之外的细菌）; 沉积物摄食者（吃泥土和消化的有机分子和营养物质的）;食草动物（吃初级生产者）和捕食者（食肉动物）。与陆地上一样，大多数食肉动物吃食草动物的或更小的食肉动物，但在海洋中，他们也可以吃一些滤食性和沉淀物摄食者。大多数动物有10％至20％的摄入食物的转化率，所以他们摄取的80％-90％的能量最终作为废物从一种形式转变为另一种形式（有的作为热量消失，有的通过物理消失）。 珊瑚在这个生物多样性环境中的作用主要是将空间进行分割，允许物种聚集，并通过给予每个物种在狭小空间内的生活环境，使得水生生物在这种高层都市化的环境中共存。珊瑚也提供一定量的滤食性生物--一种可以清洁水体的生物。一个区域能够支撑珊瑚得存在需要很多方面的能力，其中最重要的便是水的质量。例如，Bolinao地区的水可以让珊瑚生存和繁殖，那里的水每毫升包含五十万到一百万的细菌，每升包含0.25微克的叶绿素（一种浮游生物的代表）。目前的鱼笔通道的水质水平均要超过每毫升1000万个细菌和升15微克的叶绿素。从遮目鱼养殖厂投放的大量的营养物质促使海藻大量繁殖，填塞了珊瑚的生长空间，而遮目鱼鱼养殖场造成的大量颗粒涌入，降低了珊瑚进行光合作用的能力。因此，珊瑚幼虫增长的基础是建立一个可接受的水质系统。对于珊瑚的其他的威胁，包括由于大气中的二氧化碳导致的海洋酸度的增加；由于全球气候变暖导致的海洋温度的增加。这些都可以被认为是二级威胁，我们将不在这个问题上进行特别的处理。 ? 问题陈述 ? 这个问题所面临的挑战是要拿出一个可行的混养系统，以取代目前的单一遮目鱼养殖系统。目的是充分提高水的质量，使得珊瑚可以在这个区域生存和繁殖。您的混养方案应该是在经济上节约的，亲和环境的，并且在短期和长期时间范围内都是可行的。 ? 1、建立一个在鱼类养殖厂成立之前的bolinao珊瑚生态系统的模型：建立一个完整??的珊瑚生态食物网，将遮目鱼作为唯一的捕猎者，有一个特定的草食性鱼类（你自己选择），一种软体动物，一种甲壳类动物，一种棘皮类动物，和一种藻类。用一种你觉得可信赖的方式制定每个物种的展现形态，要注明引用的来源，说明每个物种的数量估计。在你呈现的模型中，详细描述每一个物种是如何与其他物种相互影响的。说明你的模型是如何预测一个稳定的水质水平（标准），使得珊瑚可以健康地成长。如果你的模型不会带来一个足够高的水质水平，那么你可以以你认为的合理的方式调整不同物种的数量，直到你达到令人满意的水质水平，并详细描述你调整了那些物种的数量，并给出合理的理由。 ? 2、为当前的单一遮目鱼养殖系统建立模型： ? a.首先审查遮目鱼养殖对于其他物种的抑制作用。将所有草食性鱼类、软体动物、甲壳类动物以及所有棘皮动物